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Capiacutetulo 5
Redes de computadores e a Internet
A camadade enlace eredes locais
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5 - 2copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 3copy 2005 by Pearson Education
Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores
satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs
bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula odatagrama
Camada de enlace introduccedilatildeo
A camada de enlace tem aresponsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacuteadjacente sobre um enlace
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5 - 4copy 2005 by Pearson Education
bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 2copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 3copy 2005 by Pearson Education
Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores
satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs
bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula odatagrama
Camada de enlace introduccedilatildeo
A camada de enlace tem aresponsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacuteadjacente sobre um enlace
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5 - 4copy 2005 by Pearson Education
bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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5 - 5copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 3copy 2005 by Pearson Education
Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores
satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs
bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula odatagrama
Camada de enlace introduccedilatildeo
A camada de enlace tem aresponsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacuteadjacente sobre um enlace
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5 - 4copy 2005 by Pearson Education
bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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5 - 5copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
5
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desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 4copy 2005 by Pearson Education
bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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5 - 5copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 5copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
5
5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Verificaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Checksum da Internet
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
5
5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
5
5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
5
5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
5
5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
5
5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
5
5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero
erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
5
5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
5
5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
desejadoD2r XOR R = nG
equivalente aD2r = nG XOR R
equivalente a se noacutes dividimos D2r por G
buscamos resto R
R = resto[ ]D2rG
Exemplo de CRC
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
5
5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
5
5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio
canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia
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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes
compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba
ndas
de
freq
uumlecircnc
ia tempo
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
5
5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
5
5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
5
5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
5
5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
5
5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
5
5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
5
5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
5
5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
5
5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1
quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com
probabilidade p ateacute o sucesso
Slotted ALOHA
5
5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
5
5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
5
5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
5
5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
5
5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
5
5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
5
5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
5
5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de
canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para
transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido
5
5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
5
5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
5
5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 24copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1
bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1
bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
5
5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
5
5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
5
5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
5
5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
5
5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
5
5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]
Aloha puro (unslotted)
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
5
5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
5
5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
5
5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 26copy 2005 by Pearson Education
P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
5
5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
5
5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
5
5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
5
5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
5
5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 29copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
5
5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
5
5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo
5
5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
5
5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 31copy 2005 by Pearson Education
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
5
5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
5
5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
5
5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia
bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil
em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
5
5 - 34copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN
5
5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
5
5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar
a unicidade)
bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro
Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
Roteamento para outra LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
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isto eacute random access
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
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bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
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Ethernet usa CSMACD
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
isto eacute random access
Ethernet usa CSMACD
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo
isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo
isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio
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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele
detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
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detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACD
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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa
bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
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